[發(fā)明專利]一種電磁驅(qū)動(dòng)微鏡

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210510380.4
• 申請(qǐng)日: 2012-12-04
• 公開（公告）號(hào): CN102967934A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王敏銳;李文翔;張寶順
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所
• 主分類號(hào): G02B26/08
• 分類號(hào): G02B26/08;H02K33/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微光機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別提供了一種電磁驅(qū)動(dòng)微鏡。

背景技術(shù)

一般而言，微鏡的驅(qū)動(dòng)方式有四種，分別為靜電驅(qū)動(dòng)、壓電驅(qū)動(dòng)、電熱驅(qū)動(dòng)以及電磁驅(qū)動(dòng)等。采用不同驅(qū)動(dòng)方式的微鏡具有不同的性能特點(diǎn)。

目前，靜電驅(qū)動(dòng)是微鏡最為廣泛采用的驅(qū)動(dòng)方式。靜電驅(qū)動(dòng)微鏡有平板電容式和梳狀叉指式兩種類型。相比較，梳狀叉指式靜電驅(qū)動(dòng)微鏡可以在相對(duì)較小的驅(qū)動(dòng)電壓下，獲得更大的扭轉(zhuǎn)角度，但是仍然存在驅(qū)動(dòng)力不足，驅(qū)動(dòng)電壓過高的問題，使其在非諧振態(tài)下，很難獲得較大的扭轉(zhuǎn)角度。另外，反射鏡周圍過多的梳齒電極增加了微鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，使得微鏡的諧振頻率難以進(jìn)一步提高，限制了微鏡的掃描速度。

壓電驅(qū)動(dòng)微鏡利用了壓電材料的逆壓電效應(yīng)，一般是采用壓電薄膜懸臂梁或是壓電塊作為驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)。壓電驅(qū)動(dòng)具有驅(qū)動(dòng)力大、響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)，但是，壓電驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)需要與反射鏡直接相連，限制了驅(qū)動(dòng)位移并可能會(huì)造成鏡面變形。

電熱驅(qū)動(dòng)微鏡較常見的方式是采用電熱雙鏡片懸臂梁作為驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)。雖然電熱驅(qū)動(dòng)具有較大的驅(qū)動(dòng)力，但是其響應(yīng)速度慢、能耗高的缺點(diǎn)限制了它在微鏡中的進(jìn)一步使用。

電磁驅(qū)動(dòng)具有驅(qū)動(dòng)力大、驅(qū)動(dòng)電壓低、雙向驅(qū)動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，并且使用磁場(chǎng)力作為驅(qū)動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)無須與被驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)直接相連，避免了位移限制。因此，電磁驅(qū)動(dòng)微鏡不僅可以在低電壓諧振態(tài)下實(shí)現(xiàn)高頻大扭轉(zhuǎn)角度掃描，而且還可以在低電壓非諧振態(tài)實(shí)現(xiàn)低速大扭轉(zhuǎn)角度掃描。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有微鏡的局限性，提供了一種電磁驅(qū)動(dòng)微鏡，該電磁驅(qū)動(dòng)微鏡具有扭轉(zhuǎn)角度大、驅(qū)動(dòng)電壓低等優(yōu)點(diǎn)，既可以實(shí)現(xiàn)高頻諧振大角度掃描，又可以實(shí)現(xiàn)非諧振低速大角度掃描，可應(yīng)用在光束掃描投影顯示系統(tǒng)、光譜儀、條形碼掃描器、共聚焦顯微鏡、內(nèi)窺鏡等光學(xué)儀器。

為了實(shí)現(xiàn)上述的發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案：

一種電磁驅(qū)動(dòng)微鏡，包括微反射鏡板，所述微反射鏡板的中心設(shè)置有一反射鏡面，其特征在于：所述微反射鏡板的邊緣部設(shè)置有至少一閉合環(huán)狀的驅(qū)動(dòng)線圈，兩端則分別通過一扭轉(zhuǎn)梁與一支撐框架連接，所述支撐框架兩側(cè)分別設(shè)有至少一永磁磁鐵，在所述驅(qū)動(dòng)線圈被通入電流后，所述微反射鏡板可在驅(qū)動(dòng)線圈與永磁磁鐵相互作用產(chǎn)生的電磁力驅(qū)動(dòng)下繞扭轉(zhuǎn)梁扭轉(zhuǎn)。

進(jìn)一步的，所述的驅(qū)動(dòng)線圈相對(duì)于扭轉(zhuǎn)梁具有對(duì)稱結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，所述的驅(qū)動(dòng)線圈在平行于扭轉(zhuǎn)梁的方向上的長(zhǎng)度大于反射鏡面的長(zhǎng)度。

優(yōu)選的，所述的微反射鏡板由上而下依次包括聚酰亞胺介質(zhì)層、氧化硅介質(zhì)層和硅基板；所述的驅(qū)動(dòng)線圈設(shè)置于氧化硅介質(zhì)層上。

進(jìn)一步的，所述的驅(qū)動(dòng)線圈包括由聚酰亞胺介質(zhì)層隔離的上層驅(qū)動(dòng)線圈和下層驅(qū)動(dòng)線圈,上層驅(qū)動(dòng)線圈和下層驅(qū)動(dòng)線圈之間設(shè)置有一個(gè)連接點(diǎn)。

所述的驅(qū)動(dòng)線圈的材料為高電導(dǎo)率的金屬材料，優(yōu)選為金材料。

所述的永磁磁鐵為高磁場(chǎng)強(qiáng)度磁鐵材料，優(yōu)選為釹鐵硼系磁材料。

所述的反射鏡面為金屬薄膜層；該金屬薄膜層的材料為反光金屬材料。

優(yōu)選的，扭轉(zhuǎn)梁與微反射鏡板以及支撐框架連接處采用過渡圓角結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明采用電磁驅(qū)動(dòng)方式對(duì)微鏡進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，相對(duì)于其它驅(qū)動(dòng)方式的微鏡可以在較低電壓下實(shí)現(xiàn)大扭轉(zhuǎn)角度；

2、驅(qū)動(dòng)線圈在平行于扭轉(zhuǎn)梁的方向上的長(zhǎng)度大于反射鏡面的長(zhǎng)度，在沒有延長(zhǎng)平行于扭轉(zhuǎn)梁方向的微鏡長(zhǎng)度的同時(shí)，適當(dāng)延長(zhǎng)垂直于磁場(chǎng)方向的驅(qū)動(dòng)線圈的導(dǎo)線的長(zhǎng)度，增大驅(qū)動(dòng)力；并且在垂直于微反射鏡板的方向上可以采用多層線圈結(jié)構(gòu)，?進(jìn)一步增加驅(qū)動(dòng)能力，減小驅(qū)動(dòng)電壓或電流；

3、該電磁驅(qū)動(dòng)微鏡不僅可以在低電壓諧振態(tài)下實(shí)現(xiàn)高頻大扭轉(zhuǎn)角度掃描，而且還可以在低電壓非諧振態(tài)實(shí)現(xiàn)低速大扭轉(zhuǎn)角度掃描；

4、反射金屬薄膜和驅(qū)動(dòng)線圈制作在微鏡同一面，降低工藝制作難度，本發(fā)明可應(yīng)用在光束掃描投影顯示系統(tǒng)、光譜儀、條形碼掃描器、共聚焦顯微鏡、內(nèi)窺鏡等光學(xué)儀器中。

附圖說明

為了更清楚地說明本申請(qǐng)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請(qǐng)中記載的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明一較佳實(shí)施例的電磁驅(qū)動(dòng)微鏡結(jié)構(gòu)原理圖；

圖2為沿圖1中A-A′向剖面示意圖；

圖3為圖2中驅(qū)動(dòng)線圈的結(jié)構(gòu)的放大示意圖；